[發明專利]一種石墨烯量子點包覆三元正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011388029.3
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112421015A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 趙光輝;賀賀
• 申請（專利權）人: 山東豐元化學股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明公開了一種石墨烯量子點包覆三元正極材料的制備方法，其原料按重量如下：含碳原料5?35mg、有機溶劑40ml和鎳鈷錳三元正極材料0.5g，本發明通過嚴格控制石墨烯量子點包覆三元正極材料的制備方法的各組份的占比以及制備工藝參數，含碳原料、有機溶劑和鎳鈷錳三元正極材料，有效抑制電極表面副反應，較大的比表面積，能夠與電解液充分接觸，進而可以提高材料的電化學性能，石墨烯量子點具有優異的電導率、極高的比表面積和極好結構穩定性，能充當表面包覆層，能有效的阻止電極材料跟電解液的反應,可有效的阻礙活性材料和電解液的反應，有利于減小電極片表面各向異性，提高其高電位循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，更具體地說，尤其涉及一種石墨烯量子點包覆三元正極材料，還涉及一種石墨烯量子點包覆三元正極材料的制備方法。

背景技術

層狀鎳鈷錳酸鋰LiNi1-x-yCoxMnyO2具有高功率密度和能量密度、優異的循環性能等突出優點而備受關注優勢，已成為工業上應用最廣泛的鋰離子二次電池正極材料之一。研究發現在鎳鈷錳三元正極材料中隨著Ni含量不斷提高可獲得高的比容量，但同時會使材料結構產生缺陷，在高電荷態下具有催化活性的Ni4+會加劇正極材料與電解液之間的界面副反應，引發材料金屬離子溶出和表面釋氧，繼而發生從層狀結構向尖晶石或巖鹽結構的轉變，導致正極材料容量衰減和循環穩定性下降，從而降低鋰離子電池的使用壽命。

目前，為了解決上述問題，一般會通過在材料表面包覆不同化合物提高鎳鈷錳三元正極材料結構的穩定性。比如專利CN110416491A公開本發明公開了一種石墨烯包覆鎳鈷錳三元電極材料及其制備方法，以三元鎳鈷錳酸鋰粉末為基體，石墨烯溶液作為包覆劑，經過真空干燥，得石墨烯量子點包覆改性鎳鈷錳三元正極材料。此發明采用濕化學法，在三元鎳鈷錳電極表面預置石墨烯包覆層，抑制其表面副反應，但是這種表面改性的方法工藝復雜，成本較高。

石墨烯量子點是一種新型的量子點材料，其尺寸極小（小于10nm），具有石墨烯和量子點的許多優異的化學性質和物理效應。由于其獨特的性能，大量的表面官能團，較低的生物毒性，良好的分散性以及優異的熱傳導性等，GQDs將在能量轉換與存儲領域的應用中顯示出巨大的潛力。通過鎳鈷錳三元正極材料表面包覆一層GQDs可以產生更多的活性中心、量子限制效應和表面效應等，從而有效地提高鎳鈷錳三元正極材料的電化學性能包括可逆容量、庫倫效率、倍率性能和循環穩定性。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種石墨烯量子點包覆三元正極材料及其制備方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供的是一種石墨烯量子點包覆三元正極材料，其原料按重量如下：含碳原料5-35mg、有機溶劑40ml和鎳鈷錳三元正極材料0.5g。

本發明還提供一種石墨烯量子點包覆三元正極材料的制備方法，具體步驟如下：

步驟S1：取料，將含碳原料、有機溶劑和鎳鈷錳三元正極材料按重量進行稱取，備用；

步驟S2：混合過濾，將含碳原料和有機溶劑放入容器中，使含碳原料分散到有機溶劑中，并進行超聲處理，然后通過微孔膜過濾除去不溶物，得到石墨烯量子點包覆溶液；

步驟S3：混合攪拌，將鎳鈷錳三元正極材料浸入到石墨烯量子點包覆溶液中，將所得混合物超聲分散處理，并進行磁力攪拌獲得均勻溶液。

步驟S4：冷卻和保溫，將獲得的均勻溶液轉移到特氟龍（Teflon）襯里的不銹鋼高壓釜中進行保溫處理數小時；

步驟S5：離心和洗滌，將步驟S4獲得的均勻溶液，再次通過微孔膜過濾，并通過離心機收集產物，并洗滌數次獲得洗滌后溶液；

步驟S6：干燥，將步驟S5獲得的洗滌后溶液，在空氣中干燥過夜，得到石墨烯量子點包覆鎳鈷錳三元正極材料。